|
Cel pracy: Celem pracy jest zaprojektowanie i wykonanie demonstratora systemu pokładowego małego satelity klasy CubeSat. CubeSat to mały satelita o ustandaryzowanej budowie, którego konstrukcja opiera się na niewielkich modułach. Dzięki temu tego typu satelity mogą być tańsze i szybsze w projektowaniu niż duże satelity, dlatego często wykorzystuje się je do testowania nowych technologii, prowadzenia prostych pomiarów oraz realizacji projektów naukowych i edukacyjnych.
W ramach pracy nie będzie tworzony satelita przeznaczony do lotu w przestrzeń kosmiczną, lecz laboratoryjny demonstrator pokazujący zasadę działania wybranych systemów pokładowych. Projekt będzie skupiał się przede wszystkim na części związanej z elektroniką, programowaniem mikrokontrolerów, komunikacją między modułami, zarządzaniem zasilaniem, przesyłaniem telemetrii oraz przygotowaniem prostej konstrukcji mechanicznej demonstratora.
Założenia: Podstawowym założeniem pracy jest wykonanie praktycznego demonstratora, który będzie odwzorowywał wybrane funkcje stosowane w małych satelitach, ale z wykorzystaniem dostępnych i niedrogich podzespołów. Elementy zastosowane w projekcie nie będą komponentami klasy kosmicznej, ponieważ celem pracy jest pokazanie zasady działania systemu, a nie przygotowanie urządzenia do pracy na orbicie.
System ma zostać zaprojektowany jako uporządkowany układ sprzętowo-programowy oparty głównie na własnych płytkach PCB. Początkowy etap może obejmować testy na zestawach rozwojowych i połączeniach prototypowych, jednak docelowo projekt ma zostać przeniesiony na zaprojektowane płytki drukowane.
Zakłada się wykorzystanie mikrokontrolerów, magistrali CAN do komunikacji pomiędzy podsystemami oraz technologii LoRa do komunikacji bezprzewodowej z uproszczoną stacją naziemną. System powinien umożliwiać monitorowanie swojego stanu, obsługę podstawowych trybów pracy oraz reakcję na wybrane sytuacje awaryjne.
Dodatkowo zakłada się zaprojektowanie korpusu demonstratora w technologii druku 3D. Konstrukcja będzie pełniła funkcję obudowy oraz nośnika dla płytek PCB, czujników, akumulatorów, paneli słonecznych i elementów komunikacyjnych. Nie będzie to konstrukcja przeznaczona do pracy w warunkach kosmicznych, lecz model mechaniczny umożliwiający uporządkowany montaż elementów i prezentację działania całego systemu.
Motywacja: Tematyka małych satelitów klasy CubeSat jest obecnie istotnym kierunkiem rozwoju technologii kosmicznych. W wielu zastosowaniach zamiast jednego dużego i kosztownego satelity można wykorzystać mniejsze jednostki lub ich grupy, co pozwala obniżyć koszty, skrócić czas projektowania oraz szybciej testować nowe rozwiązania techniczne.
Motywacją do realizacji pracy jest chęć praktycznego poznania sposobu projektowania systemów pokładowych stosowanych w małych satelitach. Projekt pozwala połączyć kilka obszarów inżynierskich: elektronikę, projektowanie PCB, programowanie systemów wbudowanych, komunikację radiową, magistrale komunikacyjne, zarządzanie energią, modelowanie 3D oraz testowanie działania całego systemu.
Opis tematu: Przedmiotem pracy jest wykonanie demonstratora składającego się z kilku współpracujących podsystemów. Planowane jest przygotowanie części odpowiedzialnych za sterowanie główne, zasilanie, komunikację oraz zbieranie danych pomiarowych. Poszczególne podsystemy będą połączone wspólną magistralą CAN, dzięki czemu możliwa będzie wymiana danych diagnostycznych i sterujących.
Jednym z ważniejszych elementów projektu będzie system zasilania. Będzie on obejmował monitorowanie napięcia, obsługę akumulatorów oraz demonstracyjne ładowanie z paneli słonecznych. Planowane jest również zastosowanie dwóch akumulatorów lub dwóch gałęzi zasilania, aby możliwe było pokazanie przełączania źródła energii w przypadku spadku napięcia lub problemu z jedną z gałęzi.
Komunikacja zewnętrzna zostanie zrealizowana z wykorzystaniem technologii LoRa. Drugi mikrokontroler będzie pełnił funkcję uproszczonej stacji naziemnej, która będzie odbierać telemetrię z demonstratora i umożliwiać podstawową komunikację z systemem.
W projekcie zostaną uwzględnione mechanizmy nadzoru poprawnej pracy, takie jak watchdogi programowe i sprzętowe. Ich zadaniem będzie wykrywanie nieprawidłowego działania programu, problemów z komunikacją lub błędów wybranych modułów.
Częścią pracy będzie także zaprojektowanie korpusu demonstratora przeznaczonego do wykonania metodą druku 3D. Korpus będzie umożliwiał zamocowanie płytek PCB, akumulatorów, czujników, paneli słonecznych oraz elementów komunikacyjnych w jednej zwartej konstrukcji. Dzięki temu demonstrator będzie miał nie tylko działającą część elektroniczno-programową, ale również uporządkowaną formę mechaniczną zbliżoną do modelu małego satelity.
Spodziewane wyniki: Efektem pracy będzie działający demonstrator systemu pokładowego małego satelity klasy CubeSat. System powinien umożliwiać komunikację pomiędzy podsystemami, monitorowanie wybranych parametrów pracy, przesyłanie telemetrii do uproszczonej stacji naziemnej oraz reagowanie na podstawowe sytuacje awaryjne.
Rezultatem pracy będą również schematy elektryczne, projekty płytek PCB, oprogramowanie mikrokontrolerów, projekt korpusu demonstratora do druku 3D, dokumentacja techniczna oraz wyniki testów działania demonstratora. Dokumentacja będzie obejmować opis architektury systemu, zastosowanych rozwiązań sprzętowych, komunikacji, sposobu działania programu, konstrukcji mechanicznej oraz możliwych kierunków dalszego rozwoju projektu.
|
